AI演算高速化に「磁気」で勝負、TDKが光検知素子を開発：従来比10倍で光を検知可能（1/2 ページ）

TDKは、高速で光を検知できる独自の素子「Spin Photo Detector（スピンフォトディテクター）」を開発し、原理実証に成功した。小型の光トランシーバーを実現できる可能性があり、今後AIデータセンターでの導入が必要とされる光電融合分野に適用できる技術だとする。

[村尾麻悠子，EE Times Japan]

　TDKは、高速で光を検知できる独自素子「Spin Photo Detector（スピンフォトディテクター）」を開発し、日本大学と共同で原理実証に成功したと発表した。波長800nmの光を20ピコ秒で検知する。これは、従来のフォトダイオードを用いた光検知素子に比べて10倍以上^＊）の反応速度だという。光通信／光配線の受信部として応用でき、TDKの光送信技術「TFLN（Thin Film LiNbO₃）」と融合することで、極めて小型の光トランシーバーを実現できるとする。

＊）ただし、従来のフォトダイオードで検知している1550nmの波長では測定していない。

「Spin Photo Detector（スピンフォトディテクター）」と「TFLN」を融合することで小型の光トランシーバーを実現できるという［クリックで拡大］ 出所：TDK

TDK 技術・知財本部 応用製品開発センター ゼネラルマネージャーの榎戸靖氏（左から3番目）、同次世代電子部品開発部 室長の福澤英明氏（左から2番目）。2025年4月15日に都内で行われた記者説明会にて撮影［クリックで拡大］

　生成AIが急速に普及する中、AI演算をより高速化する上でボトルネックとなっているのがチップ間の通信／配線だ。CPUやGPUなどのプロセッサ間およびプロセッサとメモリ間の通信は電気信号で行われているが、配線距離が長くなっても通信速度が低下しないよう、光通信の必要性が高まっている。TDK 技術・知財本部 応用製品開発センター 次世代電子部品開発部 室長の福澤英明氏は「生成AIの性能は単に半導体の性能で決まるものではなく、データのイン／アウトでも決まるといわれている。電気を光に変えると、パラダイムシフトが起きると期待され、現在さまざまな所で活発に議論されている」と語る。

　そこでTDKがコンセプト提案するのが、スピン（磁気）を活用した光検知素子だ。同社は、エレクトロニクス、フォトニクス、スピンを融合した技術（光電磁融合技術）としてスピンフォトディテクターと命名した。

スピンフォトディテクターの電子顕微鏡写真（図版右下）［クリックで拡大］ 出所：TDK

左＝スピンフォトディテクターを形成した8インチウエハー／右＝1ショット（露光1回分）サンプル［クリックで拡大］

スピンフォトディテクターの光応答の測定結果。なお、特殊な測定が必要になるので、日本大学の協力を得て測定したという［クリックで拡大］ 出所：TDK

　TDKは、HDD用磁気ヘッドで培ったMTJ（Magnetic Tunnel Junction）素子の技術を応用してスピンフォトディテクターを開発した。HDD用磁気ヘッドは、磁石が近づくと磁界の向きが変わり電圧が発生する。同様に、スピンフォトディテクターは光が当たると磁界が変化し電圧が発生する仕組みだ。

基板を選ばず作成可能、小型の光トランシーバーを実現可能に

　スピンフォトディテクターの利点の一つが、基板を選ばず作成できる点だ。エピタキシャル層の上でもガラス基板上でも形成できる。さらに高温プロセスも必要としない。こうした特徴から、TFLNで光送信素子を形成後、同じウエハー上に別のプロセスを用いてスピンフォトディテクター（光受信素子）を作ることができる。そのため、コンパクトな光トランシーバーを実現できるとTDKは強調する。

基板を選ばずに作成できる［クリックで拡大］ 出所：TDK

TFLNとスピンフォトディテクターを同一ウエハー上に形成できる。TFLN作成には高温プロセスが必要になるので、“2階建て”構造になる［クリックで拡大］ 出所：TDK